原创 DSP将推动的潜在应用增长点及其未来发展方向

本文所说的DSP并不单指狭义的数字信号处理器，而是广义的数字信号处理，它可以是DSP芯片，也可以是SoC芯片中的ARM处理器内核、DSP内核、硬件加速器或定制的硬件解决方案。明白这一点是非常重要的，因为随着系统制造商追求更小面积、更低功耗和更高性能的高集成度解决方案，SoC开始成为一个普遍的设计趋势，并导致上游的半导体芯片供应行业也开始出现翻天覆地的变化，如DSP芯片龙头供应商TI的发展战略已经出现了根本性的转变，它现在已从纯粹的DSP芯片供应商转变成了广义的DSP解决方案供应商。

在过去的五年中，推动DSP（数字信号处理）技术快速发展的主要应用是GSM/CDMA手机、GSM/CDMA基站、程控交换机、路由器和便携式多媒体播放机。但在未来的五年中，以下五大关键新兴应用领域将为DSP技术的进一步发展提供新的增长动力，即视频/影像、汽车电子、基础设施、工业应用和医疗电子，最具发展潜力的关键应用包括：视频/影像领域的视频监控、分析和安全系统、视频会议系统、视频电话和IP机顶盒；基础设施领域的微微基站、WiMAX基站、蜂窝式无线电广播网络和视频转码设备；汽车电子领域的变线检测系统、电子助力方向盘、盲区检测系统和汽车信息娱乐系统；工业应用领域的驱动和伺服系统、混合动力车辆、太阳能与风力发电和不间断电源；以及医疗电子领域的便携式超声设备、个人医护设备、仿生学设备和自动体外除颤系统。

“目前中国应用市场的增长非常迅速，关键的增长领域为消费电子、数据处理和有线/无线通信应用，如基于中国自主开发的3G标准TD-SCDMA的手机应用将会有非常强劲的增长。”TI半导体集团DSP系统部副总裁Neils Anderskouv最近在访问中国市场时对本刊作者表示，“目前，用于娱乐、通信、监控和其它可视车载应用（如汽车可视倒车系统）的视频技术在中国有着很好的增长前景。如果把眼光再放长一些，那么医疗电子和绿色技术也将会有非常可观的增长潜力，如风力发电，在新兴的医疗电子领域，我们将看到许许多多激动人心的创新应用在许多国家(包括中国)涌现出来，而DSP正是这些应用的关键使能技术。”

他特别指出，在所有这些应用领域，可使电源转换效率更高和实现更低功耗的绿色技术将是中国的关键发展战略，而这对TI来说也是一样。

在过去，只要目标应用涉及语音、音乐、图像和成像处理任务，终端设备制造商唯一想到的DSP解决方案就是DSP芯片。但今天就完全不同了，随着各种高性能视频处理器、媒体处理器、应用处理器、协处理器和硬件加速器的出现，终端设备制造商手里的选择变多了，但选择标准也比以前更复杂了。以前在选择DSP芯片时，主要看它的功耗和处理性能。但今天，随着各种处理器大多同时包含RISC CPU和DSP内核，有的甚至包含2个以上处理器内核或其它专用处理内核，编程复杂性也已变成一个重要的选择标准。

多内核架构目前已成为半导体业界进一步提高其芯片数字处理性能的主流途经，这主要是因为传统的通过时钟频率来提高处理性能的方法遇到了高功耗这一难以逾越的障碍，而多内核处理器可在较低的时钟频率下实现相同或更高的性能。Neils Anderskouv表示：“我认为半导体业界未来将在以下三个方面推进DSP技术的发展和创新，即多内核架构、更先进的系统集成和更易用的编程环境。”不过，他强调指出，目前多内核架构DSP存在的最大问题或挑战是如何为开发者提供一个高效的编程环境。

规避新兴市场的早期风险

尽管目前的便携式多媒体应用设备的功能越来越多，但对越来越重视低功耗的终端用户而言，他总是期望在得到最大电池使用时间的前提下还能拥有最多的功能和最好的性能，这一矛盾的需求常常让系统制造商非常为难。因为用户是上帝，上帝永远是对的，因此系统制造商必须想方设法满足这一需求。

任何一个系统设计师都知道，全硬件解决方案肯定是最省电的，但它同时也是最没有灵活性的。一旦用户需求发生改变，便必须全盘否定，推到重来。对于早期新兴应用市场来说，这种解决方案是比较有成本风险的。

因此不管是系统制造商还是半导体供应商在初期都比较看好可编程解决方案。例如，Neils Anderskouv指出：“对处于市场初期阶段的新兴应用来说，由于市场的需求还未定型，因此它必须采用可编程技术来尽可能地降低开发风险，另一方面可编程技术也使得设计师能够快速开发出新的有吸引力的差异化产品。在市场成熟并进入批量应用后，再尽可能多地采用硬件解决方案来降低成本和功耗。”

他说，全硬件CODEC是最省电，但全硬件的解决方案不可能让客户开发出有别于其它品牌的差异化设计，以及随着市场和网络的发展快速开发出支持新的网络格式的解决方案或进行现场升级。因此TI的策略是，先以基于加速器、通用DSP内核和专用处理器+RISC架构的解决方案帮助客户在早期快速进入新兴应用市场，然后在市场成批量后再为客户开发ASIC解决方案。

视频监控是最显而易见的增长点

随着当今生活水平的提高、城市人口的急剧扩长和社会不稳定因素的增加，视频监控和分析/安全系统的应用面和需求量均呈现快速上升趋势。例如，在机场、码头、车站和大型超市等常年累月有巨大人流的应用场合，为了确保公众的生命和财产安全，一般都安装了很多个摄像头，这也意味着安全保卫人员必须长时间高度紧张地同时观察很多个监视屏幕，从人的生理角度来讲，这是不可能做到的，任何人都会有力不从心之感。此时，科学的解决办法就是应用DSP分析技术将人类从这种繁琐、紧张和简单的工作中解放出来，借助CPU的多任务处理能力自动监视和分析有无异常情况发生，一旦发现有异常再转成人工处理。

在政府和企业办公大楼、学校教学大楼和大型家居环境，视频分析技术还可用来消除巨大的照明电能浪费和安全隐患，它可用来消除长明灯现象、自动关闭不必要的电灯或调节灯光的强度、以及自动监测有无外人侵入。例如，视频监控和分析/安全系统可随时自动计算出上述环境中什么位置有人走动或办公，自动打开或增强相应位置的灯光，以及自动关闭或减弱其它位置的灯光，它也可用来自动分析这些环境中的人是否与数据库中的已有数据一致，如发现不同则及时转人工处理或自动发出报警信号。

Neils Anderskouv指出：“视频分析和转码技术非常重要，因为未来视频监控的市场和范围都将急剧扩大，没有DSP的帮忙，人力根本不可能完成如此繁琐和长时间的视频监控任务。”

随着联网技术的发展和进步，今天不管是手持式设备（如手机、PMP、PDA）还是手提式设备（如笔记本电脑）都可以通过GSM/CDMA蜂窝通信网络、以太网或Wi-Fi局域网络、以及固定/移动WiMAX城域网络接入无处不在的互联网。因此只要视频监控系统把监视或分析得到的图像内容发送到互联网上，那么只要知道IP地址或密码，任何一个人都能够在全球任何一个角落随时看到这些信息。这一技术进步必将激励全球DSP系统开发者创造出无数激动人心的新应用。

例如，假设一个父亲在自己的爱车上装上了这样一个视频监控系统，那么不管他身在全球的任何一个地方，他都可通过自己的手机或笔记本电脑随时查看他这辆车的使用情况和所在位置，就好像他一直坐在这辆车里一样。对公司老板来说这套系统就更能让他省钱省心省力了，因为他不用再为他的公司办公楼、仓库、码头等其它财产请很多保安人员，不管他在哪里出差或度假，他24小时都可随时查看他的财产有无受到侵害。他可能只需要请几个维护人员保证他这套系统正常工作就可以了。

这类新应用还正在促进WiMAX基站和视频转码设备市场的发展，因为由于存储容量、功耗、用户使用体验和使用成本的限制，不同接收端设备采用的数据传输和压缩格式是不同的，而这就在电信基础设施领域产生了对视频转码设备的需要。

医疗电子和绿色能源技术增长潜力最大

目前有两大要素正在严重威胁着中国的可持续国民经济发展，一是能源短缺，二是国民健康。中国目前的四大能源来源是核电、煤炭、水力和石油，这四大能源中只有水力是清洁能源，其它都要产生对人类健康有害的物质，特别是煤炭，鉴于目前已经出现能源供不应求局面，因此全力以赴地发展绿色能源已成为今日中国的当务之急。

绿色能源又称清洁能源，它主要指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能等。把这些能源转化成电能的技术就是所谓的绿色能源技术，它的终极目标是把绿色能源100%地转化成清洁电能，也就是在能量的感应、量化、转换、储存或输出过程中不产生任何损失。这在实际转换系统中几乎是不可能实现的目标，不过DSP技术能够最大限度地提高这一功率转换效率。Neils Anderskouv也表示：“风力目前是全球最想利用的绿色能源，它不会对环境产生任何污染，尽管所有的绿色能源技术都很重要，但DSP能够使得风力发电的转换效率更高。”

不过，在今天的中国，煤炭和石油仍然是最主要的电能来源，它所带来的生态恶果是越来越糟糕的大气环境。最新的报道称只有1%的中国城市人口呼吸的空气不会对人体带来任何健康伤害，也许这就是为什么越来越多的中国人开始患上这样或那样的毛病的根本原因。为求自保，越来越多的中国百姓开始注意自身的健康与周围生态环境的关系，并开始借助各种各样的便携式电子医疗仪器监测自身的健康和周围大气的质量。例如，电子血压计、电子血糖仪、一氧化碳检测仪、以及心率监视仪开始走入寻常百姓家，而这也意味着便携式医疗电子仪器的市场容量和潜力非常之大。

移动WiMAX和TD-SCDMA前景看好

目前的3G蜂窝通信技术（如WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000）仅能提供几百K比特的数据连接速度，这使得它在提供互联网连接和可视通信功能方面商用性不太好。移动WiMAX由于能在城域范围内为移动的笔记本电脑和手机用户提供高达没秒几十兆比特的宽带连接，因此其发展前景被业界广为看好，并被誉为3.5G技术。美国电信运营商对它的前景最有信心，目前已在全国范围内铺设了固定/移动WiMAX网络。

在3G牌照久拖不决的情况下，中国一些运营商开始两面下注，目前已在一些奥运城市开始铺设移动WiMAX网络。Neils Anderskouv也表示：“与3G相比，我相信移动WiMAX在中国更有前途更有市场。”

不过，尽管移动WiMAX能够提供比3G技术好得多的用户使用体验，业界也不断有呼吁要求政府一步到位地发展移动通信网络，以尽可能地规避投资风险，但中国政府一直不愿意对WiMAX在中国的发展规划做出正式表态，因此业界有识之士开始怀疑这是不是中国政府在有意保护国产3G标准TD-SCDMA，毕竟中国政府已在它身上投下了巨资。

“中国政府现在之所以没有大力推动WiMAX网络建设，可能有策略方面的原因，亦即一切为了支持TD-SCDMA技术的发展，”TI半导体技术（上海）有限公司亚洲科技工程副总裁尹建维也猜测道，“否则，WiMAX网络一旦建成，TD-SCDMA网络及服务就失去了存在的意义。这也意味着中国政府和企业在3G技术、设备和网络基础设施上的巨额投资没有收回的可能。”

作者：Jake Chen
执行主编
《电子系统设计》